La existencia de BeCN2 y sus primeros principios Diagrama de fase: Be y C introducen la diversidad estructural

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química computacional
• Física del estado sólido

Sus antecedentes:

• La estructura del nitruro de carbono de berilio (BeCN2), el compuesto II-IV-V2 más ligero, ha permanecido indeterminada.
• Estudios teóricos anteriores asumieron similitud con el tipo de wurtzita BeSiN2.

Objetivo del estudio:

• Para resolver el rompecabezas estructural de BeCN2.
• Para explorar su superficie de energía potencial e identificar polimorfos estables.
• Investigar las aplicaciones potenciales de las estructuras previstas.

Principales métodos:

• Cálculos de la teoría de la densidad funcional (DFT).
• Exploración de la superficie de energía potencial.
• Construcción del diagrama de fase.
• Análisis de energía de Gibbs.
• Análisis de la unión química.

Principales resultados:

• Se predijeron tres nuevos polimorfos de BeCN2: Cmc21 (poroso), Pmc21 (grafítico) y I4̅m2 (similar al carbodiimida).
• Identificó la fase Cmc21 como el estado fundamental estable en condiciones estándar.
• Determinación de la estabilidad de fase en diferentes condiciones de temperatura y presión.
• Barreras cinéticas calculadas entre las fases.
• El grafito monocapa BeCN2 muestra potencial para la división fotoelectroquímica del agua.
• El grafito de Bilayer BeCN2 muestra ferroelectricidad.
• Cuatro polimorfos muestran potencial para la óptica no lineal.

Conclusiones:

• La fase Cmc21 es el estado fundamental termodinámicamente estable para BeCN2.
• BeCN2 exhibe una diversidad estructural significativa impulsada por el enlace de berilio y carbono.
• Los predicidos polimorfos de BeCN2 tienen aplicaciones prometedoras en energía (descomposición de agua) y electrónica (ferroelectricidad, óptica no lineal).